Лабораторная работа №17 Шаблоны (параметризованные типы)

Цель работы: изучить представление и правила работы с шаблонами в С++.

Теоретические сведения

Использование шаблонов призвано, облегчить процесс написания полноценных программ, где под понятием "написание" подразумевается не только процедура первоначального написания кода программы, но и последующий за этим долгий процесс отладки, модификации и сопровождения, созданного вами программного продукта. Чем же шаблоны могут упростить процесс написания программ?

Ранее мы дублировали и размножали части программ, используя простое, но эффективное средство - текстовый редактор. Сегодня С++ предлагает нам более совершенный способ дублирования, и имя ему - "шаблоны".

Наиболее распространенным поводом для дублирования фрагментов программ является необходимость реализовать некий новый объем кода, аналогичный уже написанному, но изменив типы данных (например, целые на целые длинные). Чаще всего для подобной операции с помощью программы-редактора повторяли текст программы еще раз и меняли типы данных. Программируя на С++, вы могли бы воспользоваться средствами переопределения (перегрузки) и дать обеим функциям одно и тоже имя. Переопределение делает текст программы более наглядным, но не избавляет нас от необходимости повторять один и тот же алгоритм в нескольких местах.

Механизм шаблонов предлагает совершенное решение, позволяющее отделить общий алгоритм от его реализации применительно к конкретным типам данных. Вы можете составить текст подпрограммы сейчас, а используемые типы уточнять позднее. Это возможно, так как используемый тип данных является в этом случае параметром. Шаблоны сочетают в себе преимущества однократной подготовки фрагментов программы (аналогично макрокомандам) и контроль типов, присущий переопределяемым функциям.

В языке С++ имеются два типа шаблонов - шаблоны функций и шаблоны классов.

Шаблоны функций

Объявление шаблона функции начинается с заголовка, состоящего из ключевого слова template, за которым следует список параметров шаблона.

// Описание шаблона функции

template <class X>

X min (X a, X b)

{ return a<b ? a : b;

}

Ключевое слово class в описании шаблона означает тип, идентификатор в списке параметров шаблона X означает имя любого типа.

В описании заголовка функции этот же идентификатор означает тип возвращаемого функцией значения и типы параметров функции.

...

// Использование шаблона функции

int m = min (1, 2);

...

Экземпляр шаблона функции порождается (генерируется) компилятором

int min (int a, int b)

{ return a<b ? a : b;

}

В списке параметров шаблона слово class может также относится к обычному типу данных. Таким образом, список параметров шаблона <class T> просто означает, что Т представляет собой тип, который будет задан позднее. Так как Т является параметром, обозначающим тип, шаблоны иногда называют параметризованными типами.

Приведем описание шаблона функции

template <class T>

T toPower (T base, int exponent)

{ T result = base;

if (exponent==0) return (T)1;

if (exponent<0) return (T)0;

while (--exponent) result *= base;

return result;

}

Переменная result имеет тип Т, так что, когда передаваемое в программу значение есть 1 или 0, то оно сначала приводится к типу Т, чтобы соответствовать объявлению шаблона функции.

Типовой аргумент шаблона функции определяется согласно типам данных, используемых в вызове этой функции:

int i = toPower (10, 3);

long l = toPower (1000L, 4);

double d = toPower (1e5, 5);

В первом примере Т становится типом int, во втором - long. Наконец, в третьем примере Т становится типом double. Следующий пример приведет к ошибке компиляции, так как в нем принимающая переменная и возвращаемое значение имеют разные типы:

int i = toPower (1000L, 4);